(57)【要約】  表面（１０）の上に取り付け可能なデバイスであって、スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）と、スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）によって表面（１０）に間隔を空けて取り付けられる格子構造体（２）とを備え、表面（１０）と格子構造体（２）との間の距離は＞０．１μｍ〜＜１０ｍｍの範囲にあり、格子構造体（２）は＞０．５μｍ〜＜８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、格子構造体（２）の表面は少なくとも部分的に両疎媒性であるデバイス。そのようなデバイスを備えた表面が液体又は水に浸されるとき表面上に気体又は空気層を維持する方法、及びそれらの使用。【選択図】図９
2019510662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１０）の上に取り付け可能なデバイスであって、スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）と、前記スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）によって前記表面（１０）に間隔を空けて取り付けられる格子構造体（２）とを備え、前記表面（１０）と前記格子構造体（２）との間の距離は≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、前記格子構造体（２）は≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、前記格子構造体（２）の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である、デバイス。
【請求項２】
前記格子構造体は、有孔板、グレーティング、ネット、織及び不織メッシュによってもたらされ、或いは織又は不織細糸によって形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記表面（１０）と前記格子構造体（２）との間の距離は、≧１μｍ〜≦６ｍｍの範囲、好ましくは≧１０μｍ〜≦２ｍｍの範囲にある、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記格子構造体（２）は、≧５μｍ〜≦２ｍｍの範囲、好ましくは≧１０μｍ〜≦８００μｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）は、単独の棒状横木（１２）若しくは壁状棚（２０、２２）により、若しくは多孔性層（１６）によって形成され、又は、前記スペーサ・システムはこれらの組合せである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
壁状棚（２０、２２）は、前記表面（１０）の上の区画（１８）を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記壁状棚（２０、２２）は、隣接する区画（１８）の間の気体交換をもたらす貫通開口部（２４、２６、２８）を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記格子構造体（２）は、格子表面上に突起（３０）を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
表面（１０）の上に取り付け可能なデバイスを備えた物体であって、前記デバイスは、スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）によって前記表面（１０）に間隔を空けて取り付けられる格子構造体（２）とを備える、物体。
【請求項１０】
表面（１０）の上に、前記表面が液体又は水に浸されるとき、気体又は空気層を維持する方法であって、表面（１０）の上に取り付け可能なデバイスを設けるステップを含み、前記デバイスはスペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）と、前記スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）によって前記表面（１０）に間隔を空けて取り付けられる格子構造体（２）とを備え、前記表面（１０）と前記格子構造体（２）との間の距離は≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、前記格子構造体（２）は≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、前記格子構造体（２）の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である、方法。
【請求項１１】
流れ抵抗又は摩擦の削減のために、生物付着の防止のために、及び／又は流れ若しくは圧力のセンサとして、表面（１０）の上に取り付け可能なデバイスの使用であって、前記デバイスはスペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記スペーサ・システム（１２、１６、２０、２２）によって前記表面（１０）に間隔を空けて取り付けられる格子構造体（２）とを備える、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非湿潤性表面、及びそれらの使用法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造化された非湿潤性表面は種々の用途に、例えば自浄表面として使用される。特許文献１は、表面に結び付けられた細糸を有する非湿潤性表面を開示している。特許文献２は、表面に結び付けられた細糸であって、構造的又は化学的に異方性の細糸を有する非湿潤性表面を開示している。特許文献３は、表面に結び付けられた細糸であって、種々異なる長さを有する細糸を有する非湿潤性表面を開示している。細糸が付けられたそのような表面は、表面が水に浸されるとき、空気が水で置き換えられない仕方で構造体内に空気を捕捉することができる。毛状細糸は、浮遊水性歯朶サルビニア（Ｓａｌｖｉｎｉａ）及びバックスィマー（ｂａｃｋｓｗｉｍｍｅｒ）ノトネクタ（Ｎｏｔｏｎｅｃｔａ）などの自然モデルから得られ、水中に沈められた表面の上の空気層の長期の安定性をもたらすことができる。しかし、細糸の構造体は、複雑で費用の高い製造を必要とし、実際に応用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９９１４１号
【特許文献２】国際公開第２００９／０９５４５９号
【特許文献３】独国特許第１０２０１１１２１７９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、特に、水と接触した後に濡れない表面の上の空気層を安定化させることができる表面に対する要求が依然として残る。
【０００５】
本発明の目的は、そのような表面を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、表面の上に取り付け可能なデバイスであって、スペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスによって達成され、表面と格子構造体との間の距離は、≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、格子構造体は≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、格子構造体の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である。
【０００７】
驚いたことに、格子構造体を装備した表面は、表面が水のような流体に浸されるとき、表面上に安定な気体層、具体的には空気層をもたらすことができることが見出されている。さらに別の利点は、機械的力に対する格子構造体自体の安定性が、細糸を装備した表面に比べて著しく向上することである。格子構造体は、表面上の気体層の損失をもたらすことになる構造欠陥に対して遥かに僅かしか影響を受けない。格子構造体は、一方で、機械的応力を弾性的に吸収することができる。他方、機械的衝撃が、格子と表面との間の間隔を支えるために表面と格子構造体との間に配置することができるスペーサの一部を破壊し得る場合にさえも、格子構造体は気体層を維持することができる。
【０００８】
格子構造体は有利なことに、流れの速い水体のような動的条件下での使用に適している。格子構造体は容易に且つ合理的に製造することができるので、商業的利用を可能にする。格子構造体は、船体などの大きい表面積上での使用のために製造することができる。大規模な格子又はメッシュを容易且つ均一に生産し、下部構造体に付け、所定の場所に固定することができる。
【０００９】
格子構造体を装備した表面は、格子と表面との間に、水で置き換えられない仕方で、空気を捕捉することができ、従って、表面は非湿潤性である。格子構造体を装備した表面は、長期の用途のため、又は流れの速い水本内での用途のために特に適している。格子構造体は、有利なことに、流れの中でさえも空気層を保持することを可能にする。そのような非湿潤性表面は、特に、水と船体の表面との間の摩擦抵抗を減らすことができる。格子構造体はさらに、生物付着の防止など、技術的観点から望ましい他の特性を有する。
【００１０】
格子はさらに、微小気泡技術の用途のための有利な付加的な必要条件である。例えば、船体に付着した空気泡は、格子によって取り囲まれた空気体積の中に容易に統合することができ、それ故に、不利な流体力学的条件下でも、機能を維持又は安定化することができる。さらに、より長い時間にわたる空気層の再生が可能である。
【００１１】
格子構造体の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である。即ち、格子構造体と液体との間の接触角が９０°より大きい。用語「両疎媒性」は、液体をはじく、具体的には疎水性且つ疎油性の物体を指す。実施形態において、表面は疎水性又は疎油性とすることができ、具体的には表面は疎水性である。格子構造体と、流体、具体的には水との間の接触角は１００°より大きいことが好ましい。これは、例えば、ズーター（Ｓｕｔｅｒ）他著、ジャーナル  オブ  アラクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｒａｃｈｎｏｌｏｇｙ）、３２巻（２００４年）、１１〜２１ページに記載されているように、倒立顕微鏡及び超音波霧化によって計測することができる。接触角は１１０°より大きいことが好ましい。疎水性も肉眼で計測することができる。本開示による材料は、１４０°より大きい肉眼で見ることができる接触角を有することが好ましい。格子構造体を形成する材料は両疎媒性又は疎水性とすることができる。格子構造体は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、例えば、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社による商品名「テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）」で知られている材料など、から形成することができる。格子構造体のために親水性材料が用いられる場合には、材料の表面を疎水化することによって疎水性をもたらすことができ、そのために、気体及び流体に曝される格子構造体の表面は両疎媒性又は疎水性となる。
【００１２】
「格子構造体」は、横切ることによってネットワーク又は格子を形成する一連の交差構造要素から成る。格子構造体は、メッシュ、ネット及び格子などのネットワークだけでなく、有孔板及びグレーティングを含む。格子構造体は、金属、繊維又は他の好ましくは可撓性材料などの材料の接続された撚り糸、細糸が取り付けられるか又は溶融して細糸間のメッシュを有する布を形成するネット、ウェブ、又はグレーティングを含む。ネットワークの形状に依存するメッシュの間の構造要素は、ストリップ、横木、ウェブ、撚り糸又は細糸の形状とすることができる。形状に関わらず、構造体の基本構成要素は、基本的な幾何学的設計を有することができるメッシュ又は穴の繰り返しの共通原理を共有する。格子構造体は、具体的には、多数のメッシュ又は穴から成る。
【００１３】
格子構造体は、表面上の気体膜を保持するためのメッシュの形成を確実にするための必要な寸法を与える任意の構造体によって形成することができる。好ましい実施形態において、格子構造体は、有孔板、グレーティング、ネット、織又は不織メッシュ、によってもたらされ、或いは、織又は不織細糸によって形成される。メッシュは具体的には、金属メッシュ、ワイヤ・メッシュ、又は金属格子とすることができる。金属メッシュは、鋼又は他の金属から、織られた、編まれた、溶接された、膨張された、光化学的にエッチングされた又は電鋳されたものとすることができる。メッシュはまた、押し出された、配向された、膨張された、織られた又は環状のものとすることができるプラスチック・メッシュとすることができる。プラスチック・メッシュは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、又はポリテトラフルオロエチレンから作製することができる。格子構造体は種々の材料から、好ましくは、金属、鋼、プラスチック、又はエポキシ樹脂から製造することができる。鋼は高い引っ張り強度をもたらし、その構造体は低い費用で製造することができ、他方、プラスチックは高い弾性をもたらす。プラスチックなどの材料自体が十分な疎水性をもたらさない場合、材料は、例えば、デュポン社による商品名「テフロン」で知られているＰＴＦＥをベースとする処方物などの、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で疎水性化することができる。好ましくは、格子構造体は、有孔板、例えば、金属有孔板、又はエポキシ樹脂から作製された複製、ワイヤ・メッシュ、又は疎水性化することができるプラスチック・ウェブから選択することができる。
【００１４】
有孔板は、例えば、丸穴、平行又はねじれ型とすることができる丸先スロット、四角先スロット、又は四角穴などの、メッシュ又は穴の、広範囲のパターンを与える。実施形態において、格子構造体中のメッシュ又は穴は、丸、四角、楕円形、六角形などの多角形、又は矢印型の形状を有することができる。通常、そのようなメッシュ又は穴は規則的な形状及び分布を有する。好ましい実施形態において、格子構造体は、≧５μｍ〜≦２ｍｍの範囲、より好ましくは≧１０μｍ〜≦８００μｍの範囲にあるメッシュ・サイズのメッシュを形成する。他の実施形態において、格子構造体は、織布又は不織布とすることができ、或いはさらに編まれたネットを形成することができる繊維は細糸によって形成することができる。メッシュはそれ故に交互に不規則な形状及び分布を有することができる。メッシュ又は穴の形状及び配置、並びにさらに格子構造体を形成するウェブ又は細糸のプロファイルは、格子材料に応じて変えることができる。格子構造体中のウェブ又は格子構造体の細糸の直径は、≧０．１μｍ〜≦２ｍｍの範囲、好ましくは≧２５μｍ〜≦５００μｍの範囲にすることができる。細い細糸から形成され、狭いメッシュを有する格子又はウェブは有利なことに、表面上に安定な気体層をもたらすことができる。
【００１５】
格子構造体及び／又は格子構造体を形成する細糸は、弾性又は剛性材料から形成することができる。格子構造体は、≧１０４Ｎ／ｍ２〜≦１０１４Ｎ／ｍ２の範囲の弾性率によって決定される弾性を有することができる。曲げ弾性率もまたこれらの範囲にあることが好ましい。弾性は限界内で、運動する水体などの格子に作用する外部圧力による格子構造体の弾性運動を可能にする。有利なことに、周囲の水の運動は、そのような格子構造体によって弾性的に吸収され得る。格子構造体は、弾性及び剛性材料の組合せから形成することができる。
【００１６】
実施形態において、格子構造体は少なくとも部分的に又は完全に両疎媒性、好ましくは部分的に又は完全に疎水性とすることができる。格子構造体の両疎媒性又は疎水性特性は水のような液体が格子に入るのを防ぎ、それ故に、表面が液体に浸されるとき、格子構造体と表面との間の気体層に取り囲む。実施形態において、しかし、格子構造体は両親媒性又は親水性領域を含む可能性があり、その結果、この領域と液体又は水との間の接触角は＜９０°である。特に、液体に面する格子構造体の表面の領域、即ち、格子構造体が設けられる物体の表面に対向する格子表面は親水性とすることができる。そのような親水性領域は、有利なことに、表面上の気体層を安定化することができる。親水性領域は、有利なことに、格子構造体が、格子構造体を囲む液体に対する接触を失うこと、及び、それ故に、数個のメッシュにわたって伸び、離れて上昇し得る気泡の形成、を防ぐことができる。
【００１７】
実施形態において、格子構造体は突起を、具体的には格子構造体が設けられる物体の表面に対向する格子表面の上に、備えることができる。換言すれば、格子構造体は液体に面する格子表面の上に突起を備えることができる。ここで使用される用語「突起」は、格子構造体から延びる任意の構造体を含み、具体的には、鋲又は小塊又は細糸の形態を有することができる。突起は格子材料で形成することができる。実施形態において、格子構造体は、液体に面する格子表面上に、格子構造体と同様に両疎媒性又は疎水性、或いは部分的に両疎媒性又は疎水性の突起を備えることができる。突起は互いに規則的な距離に設けられ得ることが好ましい。それ故に、突起は、表面上に突起の先端まで延びる大きくされた気体又は空気層をもたらすことを可能にする。突起の先端は、接触面積が減少し、それ故に摩擦の削減が改善されることをもたらす。特に、液体に低圧がかかる場合、格子構造体は、構造体の先端又は突起と表面との間に気体層を捕捉することができる。格子構造体上の突起を使用することにより、実施形態において、≧０．１μｍ〜≦１５ｍｍの範囲の気体層の高さをもたらすことができる。圧力が上昇する場合、残りの気体層は格子構造体によって保持することができ、区画化によって安定化させることができる。他の実施形態において、格子構造体は、両親媒性又は親水性突起を備えることができる。そのような突起は、格子構造体又は格子構造体を形成する細糸の連結部に設けることができることが好ましい。突起は、親水性材料で被覆することができ、又は親水性材料から形成することができる。そのような親水性構造体は、ピン止め効果をもたらし、それ故に気体−液体界面を安定化させることができる。
【００１８】
格子構造体が設けられる表面は可変である。好ましい表面は、液体又は水に恒久的に浸される物体、例えば、船及びボートの本体、パイプラインなど表面である。
【００１９】
格子構造体は、表面に対して間隔を空けて貼り付けられる。表面と格子構造体との間に、そのように形成される距離は、格子構造体と表面との間に形成される気体層の高さを定める。格子構造体と表面との間の距離、及びそれ故に気体層の高さは、≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあることが適切であることが分かった。好ましい実施形態において、表面と格子構造体との間の距離は、≧１μｍ〜≦６ｍｍの範囲、好ましくは≧１０μｍ〜≦２ｍｍの範囲である。厚い気体層は、水などの液体と例えば船体の表面との間の摩擦抵抗の良好な削減を有利にもたらす。他方、気体層の厚さの増加により、機械的応力による破壊に対する感受性の増加のために、安定性が減少する。格子構造体と表面との間の距離、及びそれ故に気体層の高さ及び安定性は、動的条件によって適合させることができる。例えば、厚い空気層又は高い速度の場合に、空気層の損失又は部分的損失が起こり得る場合、空気層は、例えば微小気泡技術によって再生することができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、スペーサ・システムは、表面と格子構造体との間に置かれるスペーサによって形成される。スペーサは有利なことに、表面と格子構造体との間の均一な距離を支持する又は確実にする。実施形態において、スペーサ・システムは、単独の棒状横木若しくは壁状棚の形態を有するスペーサによって形成され、若しくは、スペーサ・システムは、多孔性層によって形成され、又は、スペーサ・システムは、それらの組合せとして設けられる。スペーサは、単一の棒状横木のような単独構造体とすることができる。そのような棒状横木は円筒形又は円錐形とすることができ、或いは、星状断面を有することができ、或いは、単独構造体はボール型とすることができる。スペーサは、所与の重さの格子を機械的に安定化するのに適した密度で設けることができる。他の実施形態において、スペーサは多孔性層によって設けることができる。用語「多孔性」材料は、隙間を含む材料を指す。そのような隙間は気体を捕捉し、それ故に、格子と表面との間に気体層をもたらすことができる。基盤材料は、発泡体又はスポンジ状構造体のような弾性構造体であることが好ましい。
【００２１】
スペーサは、横木又は壁状棚の形態に設けることもできる。そのような壁状構造体は、可変の断面を有することができる。壁状横木及び棚は、格子構造体を支持することができる。壁状横木及び棚は、さらに、格子と表面との間の空間を区画に分割することができ、それ故に分離した気体体積をもたらす分離した区画の建造を可能にする。壁状横木及び棚は、それ故に、境界をもたらすことができ、気体層を、格子構造体の下に制限して、体積を分離する。好ましい実施形態において、壁状棚は、表面上に区画を形成する。気体層を分離した区画に分割することは、有利なことに、圧縮性負荷又は流れの下であっても、気体層の安定な長期の維持を支持することができる。特に、１つ又は幾つかの区画が水の圧力又は流れによって破壊され得る場合には、他の分離した区画が依然として気体層を維持することができる。
【００２２】
そのような区画の面積は変えることができる。実施形態において、区画は≧１０μｍ〜≦１０ｃｍの範囲、好ましくは≧１００μｍ〜≦５ｃｍの範囲、より好ましくは≧８００μｍ〜≦１．５ｃｍの範囲の直径を有することができる。そのような区画は、有利なことに安定な気体体積をもたらすことができる。区画の拡張、並びにそれ故に気体層の拡張及び安定性は、動的条件によって適合させることができる。一般に、気体層又は気体体積が小さいほど、より大きい寸法の気体層よりも、より安定になる。区画の形状は変えることができる。区画は六角形の底面積又はハニカム構造を有することができ、或いは楕円形状を有することができる。好ましいのは、表面の周りの液体の運動に対して縦方向にある楕円形区画である。
【００２３】
実施形態において、区画を形成する壁状横木又は棚と、棒状横木のような単独スペーサとの組合せが好ましく、ここで棒状横木は区画の内部に設けられることが好ましい。壁状横木又は棚は区画の境界を形成し、格子構造体を上に支持し、他方、区画内部の棒状スペーサは格子を安定化し、区画の面積にわたって格子構造体の等間隔を保証する。
【００２４】
格子の下の要素、例えば、スペーサ及び／又は表面は、少なくとも部分的に又は完全に両疎媒性、好ましくは部分的に又は完全に疎水性にすることができる。特に、単独の棒状横木のようなスペーサ、及び多孔性層によって形成される壁状棚又はスペーサは疎水性にすることができる。実施形態において、スペーサ及び／又は表面は、しかし、両親媒性又は親水性領域を含むこともできる。
【００２５】
実施形態において、区画を形成する壁状棚は、貫通する又は連続的な開口部を備える。区画壁内のそのような貫通開口部は、隣接する区画の間の気体の交換を可能にする。分離した気体体積の間の気体交換をもたらすことは、圧力補償を支持する。貫通開口部は圧力上昇下で閉じる様に配置されることが好ましい。区画の間の接続は、区画壁を形成する壁状棚の中の、四角形、三角形又は円形の貫通開口部によってもたらすことができる。分離した区画の間のそのような接続は、気体交換をもたらす。静的圧力又は流れなどの外部圧力が定められた限界を超えて区画内の液体を押す場合、この区画の中の気体は圧縮されて液体−気体界面が接続穴の高さより低くなり、穴は液体によって塞がれる。それ故に、隣接する区画の間の気体交換は遮られる。水流又は孤立した圧力揺らぎなどの可変応力の場合、気体は隣接する区画に移すことができ、完全に除去されることはない。外部圧力の減衰後、区画の間の圧力補償が起こり得て、連続的な気体層が修復され得る。
【００２６】
貫通開口部は、格子構造体の上部１／３付近、好ましくは格子のすぐ下に設けられることが好ましい。隣接する区画の間の接続をもたらす壁状棚の中の貫通開口部は、区画壁の高さの約２／３、好ましくは１／３までの深さを有することができる。貫通開口部は、区画壁の９５％まで、好ましくは５０％までの幅を有することができる。貫通開口部の面積は、区画壁をもたらす壁状棚の表面の約２／３、好ましくは１／３にすることができる。区画壁の中に任意の数の貫通開口部を設けることができる。
【００２７】
実施形態において、各々の区画を全ての隣接する区画に接続することができる。他の実施形態においては、選択された区画又は指定された数の区画を備えるセグメントだけを貫通開口部によって接続することができる。実施形態において、選択されたセクタ又は区画面積を、例えば、表面に沿った液体の流れの方向にある区画など、を接続することができ、他方、流れに対して直角の区画の接続は設けられない。
【００２８】
貫通開口部のサイズ、格子構造体のメッシュ・サイズ、格子構造体の厚さ又は格子を形成する細糸の直径、スペーサの高さ及び密度、から成る群から特に選択されるパラメーターは、１００まで、好ましくは５０までの因子によって変えることができる。パラメーターのそのような変化は、有利なことに、動的条件下で変化する圧力を補償することができる。
【００２９】
実施形態において、表面を格子構造体で覆うことができる。さらに別の実施形態においては、表面を部分的に格子構造体で覆うことができる。例えば、船体の底部を格子構造体で覆い、船体の周りに安定な空気膜を生成して摩擦を減らすことができる。しかし、物体が、液体の流れ本体に向かって所定の配向を有する場合、表面の主要な応力を受けるこれらの部分のみに、格子構造体を装備することで十分であり得る。
【００３０】
本発明による別の態様は、表面上に取り付け可能なデバイスを備える物体に関し、このデバイスは、スペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備え、ここで、表面と格子構造体との間の距離は≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、格子構造体は、≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、格子構造体の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である。格子構造体、スペーサ、表面及び区画の設計及び機能に関しては、上記の説明が参照される。好ましい物体は一時的に及び特に恒久的に液体又は水に浸される構造体、例えば、船及びボートの本体、パイプラインなどである。
【００３１】
別の態様は、表面が液体又は水に浸されるとき、表面上に空気層を維持する方法に関し、この方法は、表面上に取り付け可能なデバイスを設けるステップを含み、このデバイスは、スペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備え、ここで、表面と格子構造体との間の距離は≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、格子構造体は、≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、格子構造体の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である。格子構造体、スペーサ・システム、表面及び区画の設計及び機能に関しては、上記の説明が参照される。
【００３２】
格子構造体と表面との間の距離、及びそれ故に気体層の高さは、具体的には≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲、好ましくは≧１μｍ〜≦６ｍｍの範囲、より好ましくは≧１０μｍ〜≦２ｍｍの範囲に適合させることができる。さらに、区画の拡張、及びそれ故に気体層の拡張を変えることができ、例えば、区画は≧１０μｍ〜≦１０ｃｍの範囲、好ましくは≧１００μｍ〜≦５ｃｍの範囲、より好ましくは≧８００μｍ〜≦１．５ｃｍの範囲の直径を有する。格子構造体と表面との間の距離、並びに区画の拡張、及びそれ故に気体層の体積をそれぞれ変えることにより、気体層の安定性を、例えば動的条件に従って適合させることができる。気体層の体積もまた、微小気泡技術と組み合わせて適合又は復元させることができる。
【００３３】
さらに、格子構造体、及び／又は格子構造体若しくはスペーサ・システムを形成する細糸の弾性は、それぞれ、動的抗力効果の変動する条件を補償するように変えることができる。弾性率によって決定される弾性は、≧１０４Ｎ／ｍ２〜≦１０１４Ｎ／ｍ２の範囲で変えることができる。
【００３４】
さらに、格子構造体の形態及び形状、並びに両疎媒性又は疎水性に関する特徴は、動的抗力効果の変動する条件を補償するように変えることができる。メッシュ、又は、丸穴、平行又はねじれ状にすることができる丸先スロット、四角先スロット、四角穴などの穴を有する格子構造体を使用することができる。メッシュ、或いは、丸、四角、楕円、六角形などの多角形、又は矢印型を有する、格子構造体中の穴を使用することができる。不規則な形状及び分布を有するメッシュ又は穴を有する格子構造体を使用することができる。≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲、好ましくは≧５μｍ〜≦２ｍｍの範囲、より好ましくは≧１０μｍ〜≦８００μｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成する格子構造体を使用することができる。織又は不織の、さらには編まれたネットを形成することができる繊維又は細糸から形成される格子構造体を使用することができる。≧０．１μｍ〜≦２ｍｍの範囲、好ましくは≧２５μｍ〜≦５００μｍの範囲の、格子構造体中のウェブ又は格子構造体の細糸の直径を有する、格子構造体を使用することができる。
【００３５】
さらに、特に、格子構造体が設けられる物体の表面に対向する格子表面上に突起を備える格子構造体を使用することができる。格子表面上の突起は、格子構造体の連結部の上に設けることができる。その構造体は、格子構造体と同様に、両疎媒性又は疎水性、或いは少なくとも部分的に両疎媒性又は疎水性とすることができる。他の実施形態において、突起を親水性材料で被覆することができ、又は親水性材料から形成することができる。格子構造体上の突起を使用することにより、実施形態において、≧０．１μｍ〜≦１５ｍｍの範囲の気体層の高さをもたらすことができる。
【００３６】
格子構造体は、流れの速い水体などの動的条件下での使用によく適している。また、これらの条件下で、気体層の体積を、微小気泡技術と組み合わせて適合又は復元させることができる。
【００３７】
別の態様は、表面に取り付け可能なデバイスの使用法に関し、このデバイスはスペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備え、表面と格子構造体との間の距離は≧０．１μｍ〜≦１０ｍｍの範囲にあり、格子構造体は、≧０．５μｍ〜≦８ｍｍの範囲のメッシュ・サイズのメッシュを形成し、表面が液体又は水に浸されるとき、表面上の空気層を維持するための本発明により、格子構造体の表面は少なくとも部分的に両疎媒性である。
【００３８】
空気層を維持する格子構造体を装備した表面の興味のある用途は、例えば、船及びボートの本体、パイプラインなど、構造体が恒久的に液体又は水に浸される用途である。
【００３９】
表面に取り付け可能なデバイスであって、スペーサ・システムと、好ましい実施形態において本発明によるスペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスは、流れ抵抗又は摩擦の削減のために、生物付着の防止のために、及び／又は流れ若しくは圧力のセンサとして、使用可能である。
【００４０】
例えば、船体の底部は、船体に安定な空気膜を生成して摩擦を減らすための、スペーサ・システム及び格子構造体を備えるデバイスで覆うことができる。連続的な気体膜は持続的な抗力削減をもたらすことができる。特に、空気層を更新する手段と共に、流れ抵抗を減らすことができる。空気層を更新するための好ましい手段は、微小気泡技術である。格子構造体はまた、流れ抵抗を減らすための管の被覆にも適している。
【００４１】
このデバイスは、液体下の表面上の安定な気体保持のために適合される。それ故に、液体中の表面の上に形成される気体層の上に気体−液体界面が生じる。格子構造体を装備した表面はまた、センサ技術において、具体的には、独国特許出願公開第１０２０１５１０４２５７（Ａ１）号に記載されているように、流れ及び／又は圧力のセンサとして、使用可能である。例えば、格子構造体を変形させる力は、スペーサの変形を計測することにより又は力の計測により決定することができ、或いは、格子構造体の変形又は流体と気層との間の界面に影響を及ぼす力、即ち影響を及ぼす力は、格子構造体を装備した表面を用いて決定することができる。
【００４２】
別に定めない限り、本明細書で用いられる技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。
【００４３】
以下の実施例は、本発明をより詳しく説明するのに役立つが、その限定を構成するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】四角先スロットを有する格子構造体の略図である。
【図２】ハニカム状格子構造体の略図である。
【図３】円形穴の略図を伴う格子構造体の略図である。
【図４】矢印型穴を有する格子構造体の略図である。
【図５】格子細糸の種々異なる断面の略図である。
【図６】格子構造体の上面の略図である。
【図７】格子細糸の略図である。
【図８】表面上の種々異なるスペーサの略図である。
【図９】本発明の実施形態による、スペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスの略図である。
【図１０】別の実施形態による、スペーサ・システムと、スペーサ・システムによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスの略図である。
【図１１】さらに別の実施形態による、スペーサ・システムと、壁状スペーサによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスの略図である。
【図１２】さらに別の実施形態による、スペーサ・システムと、区画化をもたらす壁状スペーサによって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体とを備えるデバイスの略図である。
【図１３】表面上に六角形区画をもたらす壁状スペーサを有する格子構造体を備える表面の略図である。
【図１４】表面上に矢印状区画をもたらす壁状スペーサを有する格子構造体を備える表面の略図である。
【図１５】さらに別の実施形態による、区画をもたらすスペーサ横木によって表面に間隔を空けて取り付けられる格子構造体を備える、区画化された表面の略図である。
【図１６】壁状スペーサ内に四角形の貫通開口部を有する区画の略図である。
【図１７】壁状スペーサ内に三角形の貫通開口部を有する区画の略図である。
【図１８】壁状スペーサ内に円形穴を有する区画の略図である。
【図１９】各々が貫通開口部を介して相互接続される、幾つかの区画を有する表面の略図である。
【図２０】各々の区画がさらに別の１つの区画と相互接続される、幾つかの区画を有する表面の略図である。
【図２１】一列に整列した区画が相互接続される、幾つかの区画を有する表面の略図である。
【図２２】様々なサイズのメッシュ開口部を有する格子構造体を有する、表面の区画の上面の略図である。
【図２３】さらに別の実施形態による、区画の断面の略図である。
【図２４】さらに別の実施形態による、スペーサを備える表面の略図である。
【図２５】格子表面上に突起を備える格子構造体の略図である。
【図２６】格子構造体の連結部の上に突起を備える格子構造体の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１〜図４は、種々異なる格子構造体２を概略的に示し、ここで、図１は四角先スロットを有する格子構造体２を示し、及び図２はハニカム状格子構造体２を示す。図３は円形穴を有する格子構造体２を示す。そのような格子構造体は有孔金属板によって準備することができる。図４に示す格子構造体２は、矢印型穴を有する。
【００４６】
図５は、格子構造体を形成することができる細糸４の種々異なる断面の略図を示す。図示された実施形態において、細糸４は、円形、楕円形、六角形、三角形、又は四角形の断面を有する。
【００４７】
図６は、疎水性格子構造体２の上面の略図を示し、ここで格子の結節部６は親水性区域をもたらす。図７は、親水性区域８を含む格子細糸４の略図を示す。この実施形態における親水性区域８は、親水性区域８を備えたそのような格子細糸４から形成される格子が装備された表面が流体内に浸されるとき、流体と接触することになる格子の上面の上に設けられる。
【００４８】
図８は、物体の表面１０の上の種々異なるスペーサ１２の略図を示す。スペーサ１２は、棒型、円錐又はボール型の形態を有するか、又は星状の底部を有する棒状のものである。
【００４９】
図９は、表面の上に気体層を維持することができる物体１４の略図を示す。図示した実施形態により、表面１０の上に、スペーサ１２によって間隔を空けて表面１０に取り付けられる格子構造体２を備えるデバイスが、取り付けられる。格子２と表面１０との間に気体層が保持される。図１０は、表面上に気体層を維持することができる物体１４の略図を示す。図示した実施形態により、多孔性層１６で形成されるスペーサ・システムによって表面１０に間隔を空けて取り付けられる格子構造体２を備えるデバイスが表面１０の上に取り付けられる。気体、特に空気は、格子２と表面１０との間の多孔性層１６内に保持される。
【００５０】
図１１は、表面上に気体層を維持することができる、物体１４の別の実施形態の略図を示す。表面１０の上には、壁状スペーサ２０によって表面１０に対して間隔を空けて保たれる格子２を備えるデバイスが取り付けられる。図１２に示すように、表面上に気体層を維持することができる物体１４の実施形態の略図において、格子２は、表面の上に区画１８を形成する壁状スペーサ２２によって、表面に対して間隔を空けて支持される。その結果、格子２と表面１０との間に保持される気体層もまた、分離した気体体積に分割される。
【００５１】
図１３及び１４は、表面１０の上に、図１３に示すように縦長の六角形区画１８、又は図１４に示すように矢印状の区画１８をもたらす壁状スペーサ２２を有する格子構造体を備えたデバイスが取り付けられる表面１０の実施形態を概略的に示す。
【００５２】
図１５は、表面上に気体層を維持することができる物体１４の概略的な実施形態を示す。表面は区画化され、各々が分離した気体体積を備える幾つかの区画１８を備える。格子２は壁状スペーサ２２及びスペーサ１２によって支持される。
【００５３】
図１６、１７及び１８は、壁状スペーサ２２の中に貫通開口部を備える区画の略図を示す。図１６は壁状スペーサ２２内の四角形の貫通開口部２４を示し、図１７は三角形の貫通開口部２６を示し、図１８は円形穴２８を示す。貫通開口部２４、２６及び２８は、気体層の連結を可能にするが、その構造物は、圧力によって区画を分離することになる。
【００５４】
図１９、２０及び２１は、相互接続された幾つかの区画１８により気体層を維持することができる物体１４の略図を示す。図１９において、各々の区画は貫通開口部２４を介して相互接続される。図２０においては、各々の区画が１つの隣接する区画と相互接続される。各々の区画の壁状スペーサ２２のうちの１つが貫通開口部２４を備える。図２１において、一列に整列した区画が、壁状スペーサ２２内の貫通開口部２４を介して相互接続される。
【００５５】
図２２は、気体層を維持することができる表面の区画の上面の略図を示す。格子構造体２は壁状スペーサ２２によって支持される。メッシュ開口部は様々なサイズのものであり、区画の左側でメッシュ開口部はより小さい。メッシュ開口部のそのような変化は、区画に作用する抗力などの機械的応力の変化を補償することができる。
【００５６】
図２３は、区画の断面の略図を示す。格子構造体２は、表面１０上の壁状スペーサ２２によって支持される。格子構造体２を形成する細糸４は、変化する断面を示す。細糸のそのような変化する断面は、格子構造体２に作用する抗力などの機械的応力の変化を補償することができる。
【００５７】
図２４は、さらに別の実施形態による、図示されていない格子構造体を支持するのに適したスペーサ１２を備える表面１０の略図を示す。スペーサ１２の間の距離は変化する。スペーサ１２はまた、スペーサの寸法において変化する。スペーサの距離及び寸法のそのような変化はまた、格子構造体に作用する抗力などの機械的応力の変化の補償を可能にする。
【００５８】
図２５は、格子構造体２であって、格子表面上に突起３０を備える格子構造体２の略図を示す。突起３０は互いに規則的な距離をおいて設けられる。そのような突起は、表面上に、突起の先端まで広がる拡大された気体又は空気層をもたらすことを可能にする。
【００５９】
図２６は、格子構造体２であって、格子構造体２の連結部の上に親水性突起３０を備える格子構造体２の略図を示す。親水性突起３０は、格子を装備された表面が流体に浸されるとき、流体と接触することになる格子の上面に設けられる。そのような親水性突起３０は、ピン止め効果をもたらし、気体−液体界面を安定化させることができる。
【実施例１】
【００６０】
０．１ｍｍのメッシュ・サイズを有するテフロン（登録商標）格子、及び１ｍｍのメッシュ・サイズを有する鋼ネットを、２５×２５×４ｍｍ３の外側寸法及び２２×２２×２ｍｍ３の陥凹寸法を有する、四角形断面のプラスチック容器の上に固定した。格子及び容器は、テゴトップ（Ｔｅｇｏｔｏｐ）（登録商標）２１０（エボニク）（Ｅｖｏｎｉｋ）で疎水性化し、水に浸した。容器は、水下で、数週間の間、表面上に気体膜を保持することができた。
【実施例２】
【００６１】
気体膜の安定性に対する、格子構造体内の開口部の種々異なる寸法の効果を測定した。このために、３００μｍの最小穴直径から８ｍｍの最大穴直径までの、円形、六角形及び四角形開口部を用いた。
【００６２】
１２の種々異なる格子構造体を使用した。それらは、種々異なるサイズ（１．５〜８ｍｍ）の円形開口部を有する金属有孔板（ＪＡＥＲＡ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ；Ｄｉｌｌｉｎｇｅｒ  Ｆａｂｒｉｋ  ｇｅｌｏｃｈｔｅｒ  Ｂｌｅｃｈｅ  ＧｍｂＨ）及び２つのサイズ（２ｍｍ及び６ｍｍ）の六角形穴を有する金属有孔板、これらの有孔板の内の五つ（Ｒｖ１．５／２．５、Ｒｖ２／３、Ｒｖ３／４、ＳｋＬ２／２．５）のエポキシ・レプリカ（ＴＯＯＬＣＲＡＦＴ  Ｅｐｏｘｙｈａｒｚ  Ｌ；Ｃｏｎｒａｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＳＥ）、２つの織られたワイヤ布（ａｇａｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、プラスチック・ウェブ・スクリーン（ｔｅｓａ（登録商標）ｉｎｓｅｃｔ  ｓｔｏｐ，ｔｅｓａ  ＳＥ）及び２つのテフロン（登録商標）ウェブ（ＥＴＦＥスクリーン、２０メッシュ及び５０メッシュ、ＴＥＤ  ＰＥＬＬＡ，ＩＮＣ．）であった。表１には、有孔板の穴の寸法をまとめる。表２には、ウェブ及び織られたワイヤ・ウェブのメッシュ・サイズの寸法をまとめる。
【００６３】
表１：金属及びエポキシ樹脂からの有孔板の穴の寸法
【００６４】
【表１】
2019510662.tif 000003
【００６５】
表２：ウェブ及び織られたワイヤ布のメッシュ・サイズ
【００６６】
【表２】
2019510662.tif 000004
【００６７】
実験は、２つの異なるサイズのチャンバ、１２ｍｍの辺長及び２ｍｍの深さを有する四角形チャンバ、並びに７ｍｍの直径及び４ｍｍの深さを有するより小さい六角形チャンバ、を有する２つの異なるタイプの試料の上の格子構造体の各々を用いて行った。格子はそれぞれの試料の上に（四角形チャンバの場合には格子の下に９つのチャンバ、六角形チャンバの場合には格子の下に７つのチャンバ）接着剤で固定し、テゴトップ（登録商標）２１０（エボニク）で疎水性化した。その後、種々の格子を装備した試料を、水中２０ｍｍの深さに浸し、パテ（ｐｌａｓｔｉｃ−ｆｅｒｍｉｔ  Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｋｉｔｔ，  ｆｅｒｍｉｔ  ＧｍＢＨ）を用いて固定した。
【００６８】
２週間後、試料を水から、注意深く取り出した。計測記録用紙を用いてチャンバの底部を湿気について調べ、水侵入が起きたかどうか決定した。辺長１２ｍｍのより大きいチャンバを有する試料に対しては９片の計測記録用紙を用い（各々のチャンバに１つ）、より小さいチャンバは、７片の用紙（各々のチャンバに１つ）を用いて試した。
【００６９】
１２ｍｍチャンバの上に固定した格子に関して、０．３ｍｍのメッシュ・サイズを有する細いテフロン格子を用いると、９つのテスト・サイトのうちの６つが乾燥したままであることが分かり、最良の結果が達成されたことを示した。さらに、０．３５ｍｍのメッシュ・サイズを有する細いワイヤ・ウェブも底面上に安定な気体膜を示した。７ｍｍチャンバの上に固定した格子に関して、０．３ｍｍのメッシュ・サイズを有する細いテフロン格子は、７つのテスト・サイド全部が乾燥したままであることを示し、他方、０．９ｍｍのメッシュ・サイズを有する粗いテフロン格子に関しては、１つのみのテスト・サイドが湿っていた。また、有孔板Ｒｖ１．５／２．５に関しては７つのテスト・サイドの全部が乾燥したままであった。このことは、安定な気体膜が全ての構造体及びメッシュ・サイズを用いて保持されたことを示す。
【００７０】
同様の条件を用いてテスト・ランを繰り返した。第２のランにおいて、１２ｍｍチャンバの上に固定した格子に関して、細いテフロン格子及び細いワイヤ・ウェブは再び最良の結果を示した。さらにプラスチック・ウェブ・スクリーン（１．２ｍｍ）、粗いテフロン格子及び有孔金属板Ｒｖ２／３が良好な結果を示した。細い及び粗いワイヤ・ウェブの下のチャンバの底部は、テスト期間中、乾燥したままであった。
【００７１】
７ｍｍチャンバの上に固定した格子に関して、有孔金属板Ｒｖ３／４及びＲｖ２／２．５のみが、時折の湿気のあるテスト・サイトを示した。これらは格子の傷が付いた被覆に起因したものと推測される。
【００７２】
第１及び第２のテスト・ランの結果は、最大の格子Ｒｖ６／８及びＲｖ８／１２を除く格子構造体が２週間のテスト期間の間、安定な気体膜をもたらしたことを示す。０．３ｍｍのメッシュ・サイズを有する細いテフロン格子が最良のテスト結果を示した。一般に、より小さく及びより深いチャンバ（７ｍｍ）が、１２ｍｍのチャンバと比べて、より良好な結果をもたらしたことが分かった。しかし、最大の格子Ｒｖ６／８及びＲｖ８／１２を除く全てのテストされた格子及びチャンバは、２週間を超えて水中に浸したとき、表面上の気体層を安定に保持することができた。
【図１】
2019510662.tif 000005
【図２】
2019510662.tif 000006
【図３】
2019510662.tif 000007
【図４】
2019510662.tif 000008
【図５】
2019510662.tif 000009
【図６】
2019510662.tif 000010
【図７】
2019510662.tif 000011
【図８】
2019510662.tif 000012
【図９】
2019510662.tif 000013
【図１０】
2019510662.tif 000014
【図１１】
2019510662.tif 000015
【図１２】
2019510662.tif 000016
【図１３】
2019510662.tif 000017
【図１４】
2019510662.tif 000018
【図１５】
2019510662.tif 000019
【図１６】
2019510662.tif 000020
【図１７】
2019510662.tif 000021
【図１８】
2019510662.tif 000022
【図１９】
2019510662.tif 000023
【図２０】
2019510662.tif 000024
【図２１】
2019510662.tif 000025
【図２２】
2019510662.tif 000026
【図２３】
2019510662.tif 000027
【図２４】
2019510662.tif 000028
【図２５】
2019510662.tif 000029
【図２６】
2019510662.tif 000030
【国際調査報告】
2019510662.tif 000031
2019510662.tif 000032
2019510662.tif 000033
2019510662.tif 000034